CN109655631A - 微机械弹簧结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微机械弹簧结构，具有弹簧杆(100)和刚性微机械结构(200)，其中，所述弹簧杆(100)沿主延伸方向(110)具有第一端部(120)和对置的第二端部(130)。本发明的核心在于，所述弹簧杆(100)至少在两个端部(120,130)之一上具有带两个支撑臂(141,142)的分叉(140)，所述分叉锚固在所述刚性微机械结构(200)上，其中，所述两个支撑臂(141,142)锚固在所述刚性微机械结构(200)的垂直于所述弹簧杆(100)的主延伸方向(110)延伸的表面(210)处。

Description

微机械弹簧结构
技术领域
本发明涉及一种具有弹簧杆和刚性微机械结构的微机械弹簧结构，其中，弹簧杆沿主延伸方向具有第一端部和对置的第二端部。
背景技术
微机械转速传感器包含一个或多个弹簧结构，用于驱动振荡的运动。这些弹簧结构通常与基底锚固件连接。转速传感器中的其他弹簧将多个质量彼此连接。弹簧结构与对应元件的连接是直接的，并且因此可以传递横向拉力。弹簧结构中的横向拉力是传感器运行中的机械非线性的原因。迄今已知的措施规定，优化弹簧结构，以降低机械非线性。DE102013208699A1，US6571629B和US2016138667A描述了用于微机械传感器的这种优化的弹簧结构。迄今还不知道，改型基底锚固件或者改型在质量结构上的附接，以减轻弹簧结构负荷并降低机械非线性。
发明内容
本发明的目的是，提供一种具有降低的机械非线性的、坚固的微机械弹簧结构。
本发明从一种微机械弹簧结构出发，其具有弹簧杆和刚性微机械结构，其中，弹簧杆沿主延伸方向具有第一端部和对置的第二端部。本发明的核心在于，弹簧杆至少在其两个端部之一上具有带两个支撑臂的分叉，所述分叉锚固到刚性微机械结构上，其中，两个支撑臂锚固到刚性微机械结构的垂直于该弹簧杆的主延伸方向的表面上。有利地，通过分叉和由此形成的框架结构减小了在直接悬挂情况下出现的拉应力和压应力。
本发明的有利构型规定，刚性微机械结构是基底锚固件。本发明的另一有利构型规定，刚性微机械结构是可运动的结构，尤其是振动质量。本发明的有利构型规定，所述分叉形成矩形框架。本发明的另一有利构型规定，所述分叉形成半圆形的或椭圆形的框架。
附图说明
图1示出现有技术中的具有弹簧杆和刚性微机械结构的第一微机械弹簧结构。
图2示出根据本发明的具有弹簧杆和刚性微机械结构的微机械弹簧结构的第一实施例。
图3示出根据本发明的具有弹簧杆和刚性微机械结构的微机械弹簧结构的第二实施例。
图4示出现有技术中的具有弹簧杆和刚性微机械结构的第二微机械弹簧结构。
图5示出根据本发明的具有弹簧杆和刚性微机械结构的微机械弹簧结构的第三实施例。
具体实施方式
图1示出了现有技术中的具有弹簧杆和刚性微机械结构的第一微机械弹簧结构。弹簧杆100沿主延伸方向110具有第一端部120和对置的第二端部130。弹簧杆100以其第一端部120锚固到刚性微机械结构200的表面210上。表面210垂直于弹簧杆的主延伸方向110延伸。弹簧杆100的第二端部130可在平行于表面210延伸的方向300上偏转。此时弹簧杆100弯曲。所示出的装置是基底表面上方的微机械结构。刚性微机械结构200构造为基底锚固件并且基本上不变形。
图2示出了根据本发明的、具有弹簧杆和刚性微机械结构的微机械弹簧结构的第一实施例。与图1中所示的现有技术中的弹簧结构不同，该弹簧杆100在第一端部120处具有带两个支撑臂141,142的分叉140，该分叉锚固在刚性微机械结构200上。在此，两个支撑臂141,142锚固在刚性微机械结构200的表面210上，该表面垂直于弹簧杆100的主延伸方向110延伸。
刚性微机械结构200可以是基底锚固件。刚性微机械结构200也可以是可运动的结构，特别是振动质量。分叉140不仅可以布置在弹簧杆的第一端部上，而且可以附加地或替代地布置在第二端部上。
根据图2的分叉形成框架或框架结构。该框架结构安置在基底锚固件和弹簧结构之间或者也安置在弹簧结构和微机械传感器中的质量结构之间。在图2的示例中，框架结构安置在基底锚固件和弹簧结构之间。叉部140形成矩形框架。框架的边长和宽度要相应地调整，以便最佳地减小非线性。通过框架来补偿横向拉力，其方式是，框架弯曲。该弯曲与弹簧结构的偏转相比是小的。框架结构的尺寸可以这样确定：使得相应的非线性尺度降低。例如，当框架尺寸为10×20μm2时，在800μm长度、两端夹紧的弹簧杆的情况下，非线性降低50％以上。这是仿真结果。框架的第一本征模是基波的100倍。
图3示出根据本发明的、具有弹簧杆和刚性微机械结构的微机械弹簧结构的第二实施例。替代第一实施例，分叉140形成半圆形的或椭圆形的框架。
图4示出了现有技术中的具有弹簧杆和刚性微机械结构的第二微机械弹簧结构。弹簧杆100沿主延伸方向110具有第一端部120和对置的第二端部130。弹簧杆100以其第一端部120锚固到刚性微机械结构200的表面210上，该表面构造为可运动的结构。表面210垂直于弹簧杆的主延伸方向110延伸。弹簧杆100的第一端部120可与刚性微机械结构200一起在平行于表面210延伸的方向300上偏转。弹簧杆100弯曲。刚性微机械结构200构造为振动质量并且基本上不变形。弹簧杆100的第二端部130与悬架杆400连接。悬架杆400基本上不变形。悬架杆400又与另一弹簧杆410的一端连接。该另一弹簧杆410在对置的另一端上与基底锚420连接。该另一弹簧杆410平行于弹簧杆100延伸。这种构建表现为关于平行于弹簧杆100的主延伸方向110绘制的对称轴(点划线)镜像对称。该结构在下文中称为双折叠梁悬架DFBS(英文：double-folded beam structure)。
图5示出了根据本发明的具有弹簧杆和刚性微机械结构的微机械弹簧结构的第三实施例。与图1中所示的现有技术中的弹簧结构不同，该弹簧杆100在第一端部120处具有带两个支撑臂141,142的分叉140，该分叉锚固在刚性微机械结构200上。在此，两个支撑臂141,142锚固到刚性微机械结构200的表面210处，该表面垂直于弹簧杆100的主延伸方向110延伸。
根据图5的分叉140形成框架或框架结构。该框架结构布置在质量元件和弹簧结构之间。对于DFBS尺寸为180×150μm2且框架尺寸为10×20μm2的情况，非线性降低30％。在此涉及仿真结果。
在本实施例中，该框架在支撑臂141,142的一定间距中被固体微机械结构200填充，或者该框架沉入到固体微机械结构200中的凹槽中。这用于尽可能好地利用现有的安装空间，其方式是，增大固体微机械结构200的延伸尺度并从而增大其质量，而不损害分叉140的功能。
附图标记列表
100 弹簧杆
110 主延伸方向
120 第一端部
130 第二端部
140 分叉
141 第一支撑臂
142 第二支撑臂
200 刚性微机械结构
210 刚性微机械结构的表面
300 偏转方向
400 悬架杆
410 另一弹簧杆
420 基底锚固件

Claims (5)

1.微机械弹簧结构，具有弹簧杆(100)和刚性微机械结构(200)，其中，所述弹簧杆(100)沿主延伸方向(110)具有第一端部(120)和对置的第二端部(130)，其特征在于，所述弹簧杆(100)至少在两个端部(120,130)之一上具有带两个支撑臂(141,142)的分叉(140)，所述分叉锚固在所述刚性微机械结构(200)上，其中，所述两个支撑臂(141,142)锚固在所述刚性微机械结构(200)的垂直于所述弹簧杆(100)的主延伸方向(110)延伸的表面(210)处。
2.根据权利要求1所述的微机械弹簧结构，其特征在于，所述刚性微机械结构(200)是基底锚固件。
3.根据权利要求1所述的微机械弹簧结构，其特征在于，所述刚性微机械结构(200)是可运动的结构，特别是振动质量。
4.根据前述权利要求1至3中任一项所述的微机械弹簧结构，其特征在于，所述分叉(140)形成矩形框架。
5.根据前述权利要求1至3中任一项所述的微机械弹簧结构，其特征在于，所述分叉(140)形成半圆形的或椭圆形的框架。
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